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日志

UT杂记: 方波电(压) 脉冲与晶片振动(1)

热度 9已有 821 次阅读2015-1-16 15:48

序言

前些天,我发表了一篇日记,题目是UT问题: 为什么单极性负方波电脉冲的两个边,可以激励晶片振动?》,发表几天后,没有热度;于是,我索性又发表了几篇,还是没有热度。最后,干脆全删除了。我不知道:类似的问题,究竟是很简单,还是太钻牛角,根本没必要讨论。

这篇短文,还是试探性的。

1        方波电压的正、负与晶片沿厚度方向位移量ΔL的正负

按纵波传播方向来分,晶片有前后两个横向表面,晶片的厚度为LoLo也即为前后两个横向表面的在平衡位置时的距离。所谓逆压电效应,是说晶片在电压作用下,产生沿厚度方向上被压缩或拉伸的位移量----应变量ΔL。当方波电压U的数值为正时,前后两个横向表面受压应力,被压缩,按理论计算位移量ΔL为正值,前后两个横向表面之间的距离L变小,L=Lo-ΔL; 当方波电压为负时,前后两个横向表面受拉应力,被拉伸,按理论计算位移量ΔL为负值,前后两个横向表面之间的距离L变大,L=Lo-ΔL(ΔL为负值,负负为正)

如果电压脉冲仅有负值,按近似方波规律变化,通常称为单极性负方波电脉冲(实质为单极性负梯形电脉冲)

笔者注:当电压为负值时,晶片被拉伸长,这和晶片体积膨胀,是不同的概念。因为晶片在厚度方向被拉长时,它的横向也有相应缩短。

2        晶片表面质点的位移量ΔL的计算

2.1 理论公式

特压《超声检测》教材(2008) 99页给出了下列内容 :

压电应变常数d33

压电应变常数表示在压电晶体上施加单位电压时所产生的应变大小:

        d33=ΔL/U       (单位 m/V)

式中: U------施加在压电晶片两面的电压;

    ΔL----晶片在厚度方向的变形量。

笔者注:可惜,教材未明确ΔL有正负,或称有压缩和伸长。

变换上式,可得理论计算公式:

       ΔL=d33 X U            (1)

2.2  计算举例

1) 已知:

晶片材料: PZT-4多晶材料;

电脉冲高度:0-400V

2) 查表确定d33

查特压《超声检测》教材(2008) 101页表4--1PZT-4多晶材料的

       d33==289X10-12 m/V=0.289nm/V

3) 按公式(1),计算ΔL

ΔL=d33XU=(0.289nm/V)X(-400V)= -115.6nm(晶片沿厚度方向被伸长了115.6nm)


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发表评论 评论 (3 个评论)

回复 dongxuliu123 2015-2-5 14:33
这个牵涉到理论计算较多,看了您关于激励电压和晶片振动的几篇文章,对于一个初学者来说实在是收益匪浅,虽然还有些不能理解明白,但有了继续学习的动力,原来大家都这么认真思考讨论这些。
回复 dongxuliu123 2015-2-5 14:46
这个似乎也说明了,单探头的在改变芯线和底线接法的时候回波的信号强度不一样,但波形都是先上升的情况,2MHZ.
回复 梁金昆 2015-2-8 08:08
dongxuliu123坛友:您好!谢榭您的评论。愿共同努力,我希望年轻朋友多试验,多总结。祝2015年好!

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